【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、各種薬液に対する液面検出センサに関し、特に半導体や液晶の製造工程で使用される薬液等、液中や雰囲気中の塵埃（パーティクル）を不都合とする分野で用いることができる液面検出センサに関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、タンク内に入れた洗浄液等の液面を管理する手段として様々な形式のセンサが知られている。具体的には、浮子を利用した浮子式センサ、液中に吐出する気体の背圧変化を検出するエアセンサ、液中に電極を設置した電極式センサ、超音波の液面からの反射時間を計測する超音波センサ、光の反射の有無により液面を検出する棒状光式液面センサなどが知られている。
【０００３】
浮子式センサでは、浮子の材質として液面に浮くように軽量なプラスチックが一般的に使用されている。しかし、浮子式センサを例えば半導体洗浄工程で頻繁に使用されるアンモニア水、過酸化水素水、塩酸、硫酸などの薬液に対する液面センサとして使用すると、浮子の材質が薬液による経時的浸透を許し、薬液の汚染や動作不良を起こしてしまうという問題がある。また、浮子式センサでは、液中または液面上に機械的可動部分があり、パーティクルが発生する可能性が高いため、特に不純物の混入が制限される洗浄液の液面センサとして使用するには適当でない。
電極式センサでは、電極が液中にあるため、半導体ウエーハの洗浄工程で使用するとなると金属汚染を引き起こすという問題がある。
【０００４】
また、エアセンサでは、薬液の汚染等を防ぐため、吐出する気体として例えば高純度窒素を用いる場合があるが、そのような高純度窒素の清浄度を保つための設備や保全にコストがかかる上に、このような対策を取っても液中に吐出される気体からパーティクルが混入するおそれがある。
さらに、超音波センサでは、他のセンサに比べて検出精度が低く、また、超音波を発生させる振動子部の材質が薬液による雰囲気に耐え難いという問題がある。
【０００５】
一方、棒状光式液面センサは、光の反射に基づいて液面を検出するものであり、感度が高く、また、薬液を汚染するおそれが少ないため、高い清浄度が要求される洗浄液等の液面レベルの検出に適している。
一般的な棒状光式液面センサとしては、例えば図２及び図３に示したようなものが広く利用されている。この棒状光式液面センサ１１は、投光用の光ファイバと受光用の光ファイバからなるファイバユニット１４が、塩化ビニール、あるいはＰＦＡ（テトラフルオロエチレン−パーフルオロアルキルビニルエーテル）等のフッ素樹脂からなる外被１２によって被覆されており、先端部には角錐あるいは円錐状の反射面１３が形成されている（例えば、特許文献１参照。）。
【０００６】
液面を検出する際には、センサ１１の先端部が空気中にあるときには（図３（Ａ））、ＰＦＡ等の外被と空気との屈折率の差が大きいため光は反射面１３で反射して元の方向（受光部）に戻るのに対し、液中にあるときは（図３（Ｂ））、屈折率の差が小さくなるため光は反射面を透過して液中に放出され、受光部には戻らない。従って、このような棒状光式液面センサ１１では、反射面１３における光の反射の有無により液面を検出することができ、特に、ＰＦＡなどのフッ素樹脂で被覆したものでは比較的高い耐薬品性を示すため、一定の種類の薬液に対して液面の検出を行うことができる。
【０００７】
【特許文献１】
特開平９−４３０２９号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、外被１２としてフッ素樹脂を用いた棒状光式液面センサでも、半導体洗浄工程等で使用される薬液に対して数ヶ月間にわたって使用し続けていると、薬液の経時的浸透を許し、動作不良を生じるという問題がある。
また、発泡性の薬液に対して使用するとなると、検出光の反射部分、すなわちセンサ本体の先端部に気泡が付着し、誤動作を引き起こすという問題もある。投光や反射面に工夫を凝らした棒状光式液面検出センサも提案されているが、このような気泡の付着に対して根本的な問題を解決するに至っていない。
【０００９】
本発明は上記問題を解決するためになされたものであり、半導体洗浄工程等で使用される薬液に対し、経時的浸透を受けず、従って薬液を汚染することがないとともに、誤動作も起こさずに液面を的確にかつ安定して検出することができる液面検出センサ及び液面の検出方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するため、本発明によれば、液面を検出するためのセンサであって、少なくとも、先端部が閉塞されたガラス管と、該ガラス管内に収容された棒状光式液面センサ本体と、前記ガラス管とセンサ本体との間に充填された媒体液とからなることを特徴とする液面検出センサが提供される（請求項１）。
【００１１】
このような液面検出センサとすれば、センサ本体から発せられて媒体液を透過した光は、ガラス管の先端部が空気中にあるときは屈折率の差が大きいので先端部の管壁によって反射されるが、薬液中では管壁をほぼ透過する。従って光がガラス管先端部の管壁を透過するか否かによって液面を検出することができる。一方、センサ本体と媒体液とを収容したガラス管は、半導体洗浄工程等で使用されるアンモニア水、過酸化水素水、塩酸、硫酸などの薬液によって浸食され難いので、薬液の経時的浸透を防ぐことができる。また、ガラス管はＰＦＡ等のフッ素樹脂に比べて濡れ性が遥かに良いため、気泡が付着し難く、誤動作を効果的に防ぐことができる。従って、この液面検出センサを用いれば、浸食性の高い薬液に対しても長期間にわたって的確にかつ安定して液面を検出することができるとともに、薬液を汚染することもない。
【００１２】
前記ガラス管は、透明石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、及び高ケイ酸ガラスのうちのいずれかからなるものが好適である（請求項２）。
これらの種類のガラス管であれば、薬液に対する耐性が高く、また、屈折率も高いので、センサ本体から発せられた光は、薬液との接触の有無によって液面を的確に検出することができる。
【００１３】
また、前記媒体液は純水が好適である（請求項３）。
純水であればセンサ本体に浸透することはないし、安価で容易に入手することができる上、センサ本体から発せられた光はほとんど損失せずに透過するので、高感度で液面を検出することができる。
【００１４】
また、前記ガラス管の先端部が、平形のものであることが好ましい（請求項４）。
このようにガラス管の先端部が平形であれば、センサ本体から発せられた光は、先端部が空気中にあるときは平坦な管壁によって拡散せずに反射するので、反射光を受光し易く、安定した検出を行うことができる。
【００１５】
また、前記センサ本体の外径と前記ガラス管の内径との差は、２ｍｍ以内のものであることが好ましく（請求項５）、前記センサ本体の先端部から前記ガラス管の先端部までの距離は、１０〜５０ｍｍの範囲内にあることが好ましい（請求項６）。
ガラス管とセンサ本体とが上記のような関係となるように構成すれば、ガラス管内でセンサ本体が安定し、検出をより的確に行うことができるとともに、データがばらつくようなこともない。また、センサ全体がコンパクトとなるので取り扱いが容易となる。
【００１６】
さらに、本発明では薬液の液面の検出方法も提供される。すなわち、先端部が閉塞されたガラス管内に、棒状光式液面センサ本体と、前記ガラス管とセンサ本体との間に充填される媒体液を収容して液面検出センサとし、前記センサ本体から発せられた光が前記ガラス管の先端部の管壁を透過するか否かによって前記薬液の液面を検出することを特徴とする液面の検出方法が提供される（請求項７）。
【００１７】
このような方法によれば、センサ本体から発せられて媒体液を透過した光は、ガラス管の先端部が空気中にあるときは屈折率の差が大きいので先端部の管壁によって反射されるが、薬液中では管壁をほぼ透過するので、ガラス管の先端部の管壁を透過するか否かによって液面を検出することができる。一方、ガラス管は、薬液にさらされることになるが、例えば半導体洗浄工程等で使用されるような比較的強いアルカリ性や酸性を示す薬液によっては浸食されないので、これらの薬液がガラス管内に浸透することはなく、また、ガラス管は濡れ性が良く気泡が付着し難いので、誤動作を起こすことなく種々の薬液の液面を的確に検出することができる。
【００１８】
この場合、前記ガラス管として、透明石英ガラス、ホウケイ酸ガラス、及び高ケイ酸ガラスのうちのいずれかからなるものを用いることが好ましく（請求項８）、また、前記媒体液として、純水または検出する薬液と同じものを用いることが好ましい（請求項９）。
【００１９】
上記の種類のガラス管を用いれば、種々の薬液に対して極めて高い耐性を示す上、透明性も高く、屈折率も大きいので、液面の検出を的確に行うことができる。また、媒体液として純水を使用すれば、センサ本体を全く侵すこともないし、安価である上、高い透過性を示すので、種々の薬液の液面検出に対して使用することができる。一方、水と激しく反応するような薬液の液面検出を行う場合には、液面検出する薬液と同じものを使用すれば、ガラス管が破損して媒体液が漏れるようなことがあっても事故を確実に防ぐことができる。この場合は、薬液がセンサ本体に浸透する問題が生じ得るが、ガラス管を用いることにより、気泡の問題を排除できる利点があるし、ガラス管内に充填した薬液がたとえ本体に浸透しても、ガラス管があるため、ガラス管の外にある薬液を汚染するようなこともない。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態について具体的に説明する。
図１（Ａ）は本発明の液面検出センサの一例を示しており、図１（Ｂ）はその先端部分を拡大して示したものである。この液面検出センサ１は、先端部が閉塞された透明石英ガラスからなるガラス管２内に、棒状光式液面検出センサ本体３が収容され、さらにガラス管２とセンサ本体３との間には、媒体液４として純水が充填されている。石英ガラス管２とセンサ本体３は、継ぎ手５にセンサ本体３がガラス管２内で固定された状態となるように連結されている。
【００２１】
まず、センサ本体３については、例えば、図２に示したＰＦＡ１２により被覆された棒状光式液面センサ１１を用いることができる。この棒状光式液面センサ１１自体による液面の検出原理は概ね図３に示したようなものである。投光用の光ファイバから出射された光は先端部の反射面１３に達する。このとき、図３（Ａ）に示されているようにセンサ本体３の先端部が液体に触れずに空気中にあれば、先端部の材質（ＰＦＡの屈折率：１．３６）と空気（屈折率：１）との屈折率差が大きいため、反射面１３で光は反射され、さらに対向する反射面１３で再び反射されてセンサ本体３の内部の方向に戻る。
【００２２】
一方、図３（Ｂ）に示されているように先端部が液体、例えば純水に触れているときは、純水の反射率は１．３３と比較的大きく、先端部の材質との屈折率差が小さくなるため、反射面１３に達した光はほとんどが純水側に透過することになる。
すなわち、先端部と液体との接触の有無によって反射面１３で反射する光の量が大きく変化するので、反射された光を受光用の光ファイバで受光し、これを電気信号に変換してその変化を測定するようにすれば、液面を検出することができる。
【００２３】
前記したように、従来においてはこのような棒状光式液面検出センサ１１をそのまま用いて各種薬液の液面を検出していたが、例えばシリコンウエーハに対していわゆるＲＣＡ洗浄を行う際、表面の有機物の汚れやパーティクルを除去する際に使用されるアンモニア、過酸化水素、及び水からなる洗浄液（ＳＣ−１液）のような薬液に対して液面の検出を行うとなると、誤作動や動作不良を起こすことがある。すなわち、前記したように、外被１２として使用されているＰＦＡは濡れ性が低く、発泡性の液中では気泡がセンサの表面に付着し易いため、検出光の反射部分、すなわちセンサの先端部に気泡が付着して誤動作を引き起こしてしまうことがある。また、ＰＦＡは数ヶ月という期間に薬液の浸透を許してしまい、動作不良を引き起こすこともある。
【００２４】
そこで本発明では、図１に示したように、先端部が閉塞されたガラス管内に、棒状光式液面センサ本体３と、ガラス管２とセンサ本体３との間に充填される媒体液４を収容して液面検出センサ１とし、侵食性の高い薬液の経時的浸透を防ぐとともに洗浄液からの気泡を付着し難くした。そして、センサ本体３から発せられた光は媒体液を透過し、その後ガラス管の先端部の管壁を透過するか否かによって、すなわち反射した光の受光量を測定することによって、液面を的確にかつ安定して検出することが可能となる。
【００２５】
このような液面検出センサ１による液面の検出原理を詳しく説明する。
センサ本体３の先端部は常に純水４中にあるため、センサ本体３の内部から発せられた光は、ＰＦＡ外被１２では反射されずに充填された純水４中を透過する。純水４を透過した光は石英ガラス管２の先端部の管壁６に達するが、石英ガラス管２の外側に液体が無いとき、すなわち石英ガラス管２の先端部が空気中にあるときは屈折率差が大きいので石英ガラス管（屈折率：１．４６）２の壁面で反射し、反射光は純水４を透過して、さらにセンサ本体３の内部へと戻って受光される（図１（Ｂ））。
一方、石英ガラス管２の外側に液体があるとき、すなわち石英ガラス管２の先端部が液中にあるときは、屈折率差が小さいので純水４を透過して石英ガラス管２の先端部に達した光は管壁６によって反射されることなく液体中へと透過する。
【００２６】
すなわち、石英ガラス管２の先端部が液中にあるか否かによって管壁６で反射される光の量が異なるので、反射された光をセンサ本体３の受光用の光ファイバで受光して電気信号に変換し、アンプまたは制御機器を通じてその変化を測定するようにすれば、センサ本体３のみで液面の検出を行う場合と同様に液面を検出することができる。
【００２７】
そしてセンサ本体３の保護管ともなる石英ガラス管２は、耐薬品性が高く、膨張係数が小さく、透明性が高く、耐熱性が大きいなど優れた特性を有し、半導体洗浄工程等においてアンモニア水、過酸化水素水、塩酸、硫酸などを含む薬液中に具備される機器材質としてその使用が広く認められている。また、石英ガラスはＰＦＡに比較して遥かに濡れ性が良く、ＰＦＡ等に比べて気泡が付着し難いという性質がある。
従って、このような液面検出センサ１を用いることで、フッ酸などの一部の薬液を除き、種々の薬液に対して薬液がガラス管２内に浸透するのを確実に防ぐとともに、誤動作を起こすことなく、汚染を生じることもなく、種々の薬液の液面を的確にかつ安定して検出することができる。
【００２８】
ガラス管２の形状や大きさに関しては、センサ本体３の形状や大きさなどを考慮して適宜設定すればよいが、閉塞した先端部の形状は例えば丸形とするよりも平形とした方が安定した液面検出を行うことができる。すなわち、先端部が平坦であれば、センサ本体３から発せられ、媒体液４中を透過した光を、空気中にあるときに拡散させずにセンサ本体３の方向に反射することができるので、安定した検出を行うことができる。
【００２９】
また、ガラス管２とセンサ本体３との位置関係等に関しても適宜設定すれば良いが、ガラス管２の内径が大き過ぎるとコストが上昇するほか、ガラス管２とセンサ本体３とを継ぎ手５により連結し難くなったり、芯出しが難しくなったりし易い。また、センサ１全体が大きくなって取り扱い性が悪くなり、的確な検出を行うことができなくなるおそれがある。従って、石英ガラス管２の内径とセンサ本体３の外径との差は２ｍｍ以内とするのが好ましく、例えば、センサ本体３の外径が６ｍｍである場合は、石英ガラス管２の内径を７ｍｍとすることで液面を的確に検出することができる。
【００３０】
さらに、センサの先端部から石英ガラス管２の先端部までの距離Ｌに関しては、近過ぎるとデータがばらつくことがあり、近いほど良いというものではなない。一方、遠過ぎると、石英ガラス管２の管壁で反射した光を受光できずに誤動作してしまうおそれもある。従って、センサ本体３の先端部から石英ガラス管２の先端部までの距離Ｌの適正値としては、１０〜５０ｍｍ、特に３０ｍｍ前後である。
【００３１】
なお、センサ本体３と媒体液４を収容するガラス管２としては、上記のような石英ガラス管が最適であるが、石英ガラスは比較的高価であるので、石英ガラスに近い性質を有する他の種類のガラス管を使用してもよい。例えば、ホウケイ酸ガラス、あるいは高ケイ酸ガラスからなるガラス管を好適に使用することができる。
【００３２】
ホウケイ酸ガラスはＳｉＯ２、Ｂ２Ｏ３を主成分とし、少量のＮａ２Ｏ、Ａｌ２Ｏ３等を含有して作られており、代表的なものとしてパイレックス（Ｐｙｒｅｘ：商品名）ガラスが知られている。このガラスは、比較的安価であり、耐薬品性、耐熱性等が高く、熱膨張率が小さいほか、屈折率（１．４７４）が石英ガラス（屈折率：１．４５９）に近く、本発明に係るガラス管として好適に使用することができる。
【００３３】
また、高ケイ酸ガラスは、ＳｉＯ２を主成分とし、他にＢ２０３等を少量含有して作られており、耐薬品性、耐熱性等に優れている。このような高ケイ酸ガラスの代表的なものとして、バイコール（Ｖｙｃｏｒ）ガラスが知られており、その屈折率は１．４５８であり、石英ガラスに極めて近い値を示す。従って、高ケイ酸ガラスも本発明に係るガラス管として好適に使用することができる。
【００３４】
さらに、媒体液４に関しても、純水に限られるものではなく、センサ本体３及びガラス管２に経時的な浸透を示さず、センサ本体３から発せられた光に対して高い透過率（透明性）を示すものであればいずれのものでも使用することができる。通常は安価で高い透過率を示す純水が好適であるが、例えば、使用中、石英ガラス管２が破損する可能性もあるので、水と激しく反応する薬液中で使用する場合は、媒体液４として薬液と同じものを使用することで事故を防ぐことができる。
【００３５】
このように構成した液面検出センサ１を薬液の入ったタンク等に設置し、センサ本体３から発せられた光がガラス管の先端部の管壁を透過するか否かを測定することで、薬液の液面を的確に、かつ安定して検出することができる。また、センサ本体３内部の投光部及び受光部、さらに反射された光による電気信号を測定する制御機器等は従来のものをそのまま利用して液面の検出を行うことができるので、コストを低く抑えることができるという利点もある。
【００３６】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されるものではない。上記実施形態は単なる例示であり、本発明の特許請求の範囲に記載された技術的思想と実質的に同一な構成を有し、同様な作用効果を奏するものは、いかなるものであっても本発明の技術的範囲に包含される。
【００３７】
例えば、センサ本体に関しては、棒状光式液面センサであれば特に限定されずに使用することができ、特に外被はＰＦＡ等のフッ素樹脂に限定されるものではない。
また、検出する液体も限定されず、半導体や液晶の製造工程以外の分野でも好適に使用することができる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明では、先端部が閉塞されたガラス管内に棒状光式液面センサ本体を収容し、ガラス管とセンサ本体との間には媒体液を充填して液面検出センサが構成されており、センサ本体から発せられて媒体液を透過した光は、ガラス管の先端部が空気中にあるときは先端部の管壁によって反射されるが、薬液中では管壁をほぼ透過するため、液面を簡単かつ的確に検出することができる。一方、センサ本体と媒体液とを収容したガラス管は、薬液にさらされることになるが、例えば半導体洗浄工程等で使用されるアンモニア水、過酸化水素水、塩酸、硫酸などの薬液によって浸食されないので、これらの薬液の経時的浸透を防ぐことができる。従って、センサの寿命を長くし、コストの低減がはかれるとともに、薬液を汚染してしまうこともない。また、ガラス管は濡れ性が良いため、先端部に気泡が付着し難く、誤動作を効果的に防ぐことができる。
従って、このような液面検出センサを用いることで、種々の薬液に対し、長期間にわたって、汚染せずに、的確に、かつ安定して液面を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係る液面検出センサの一例を示す概略断面図である。
（Ａ）センサ全体
（Ｂ）先端部
【図２】本発明で用いられる棒状光式液面検出センサ本体の一例を示す概略図である。
【図３】棒状光式液面検出センサによる液面の検出原理を示す説明図である。
（Ａ）先端部が空気中にあるとき
（Ｂ）先端部が液中にあるとき
【符号の説明】
１…液面検出センサ、 ２…ガラス管（透明石英ガラス管）、
３…棒状光式液面検出センサ本体、 ４…媒体液（純水）、 ５…継ぎ手、
６…反射面（管壁）、 １１…棒状光式液面検出センサ、
１２…外被（ＰＦＡ）、 １３…反射面、 １４…ファイバユニット。[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid level detection sensor for various chemical liquids, and more particularly to a liquid level detection sensor that can be used in a field in which dust (particles) in a liquid or atmosphere is inconvenient, such as a chemical liquid used in a semiconductor or liquid crystal manufacturing process. Related to sensors.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, various types of sensors have been known as means for managing the level of a cleaning liquid or the like put in a tank. Specifically, a float sensor using a float, an air sensor that detects changes in back pressure of gas discharged into liquid, an electrode sensor with electrodes installed in liquid, and the measurement of the reflection time of ultrasonic waves from the liquid surface There is known an ultrasonic sensor that emits light, a rod-shaped optical liquid level sensor that detects the liquid level based on the presence or absence of light reflection, and the like.
[0003]
In the float sensor, a lightweight plastic is generally used as a material of the float so as to float on the liquid surface. However, if the float sensor is used as a liquid level sensor for chemicals such as ammonia water, hydrogen peroxide, hydrochloric acid, and sulfuric acid that are frequently used in a semiconductor cleaning process, for example, the material of the float allows permeation by the chemical over time, There is a problem that chemical solution contamination and operation failure may occur. In addition, since the floating type sensor has a mechanically movable part in the liquid or on the liquid surface and is highly likely to generate particles, it is particularly suitable for use as a liquid level sensor for a cleaning liquid in which contamination of impurities is restricted. Not.
The electrode type sensor has a problem that since the electrode is in the liquid, if it is used in a cleaning process of a semiconductor wafer, metal contamination is caused.
[0004]
Further, in the air sensor, for example, high-purity nitrogen may be used as a gas to be discharged in order to prevent contamination of a chemical solution or the like, but equipment and maintenance for maintaining the cleanliness of such high-purity nitrogen are costly. However, even if such measures are taken, particles may be mixed in from the gas discharged into the liquid.
Further, the ultrasonic sensor has a problem that the detection accuracy is lower than other sensors, and that the material of the vibrator for generating ultrasonic waves is difficult to withstand the atmosphere due to the chemical solution.
[0005]
On the other hand, the rod-shaped optical liquid level sensor detects the liquid level based on the reflection of light, has high sensitivity, and has a low risk of contaminating a chemical solution. Suitable for liquid level detection.
As a general rod-shaped optical liquid level sensor, for example, those shown in FIGS. 2 and 3 are widely used. In the rod-shaped optical liquid level sensor 11, a fiber unit 14 composed of an optical fiber for projecting light and an optical fiber for receiving light is made of vinyl chloride or a fluororesin such as PFA (tetrafluoroethylene-perfluoroalkylvinyl ether). A pyramidal or conical reflecting surface 13 is formed at the tip of the housing 12 (see, for example, Patent Document 1).
[0006]
When the liquid level is detected, when the tip of the sensor 11 is in the air (FIG. 3A), the light is reflected on the reflecting surface 13 due to a large difference in the refractive index between the envelope such as PFA and the air. While the light is reflected and returns to the original direction (light receiving portion), when it is in the liquid (FIG. 3B), the difference in the refractive index becomes small, so that the light passes through the reflecting surface and is emitted into the liquid. And does not return to the light receiving section. Accordingly, in such a rod-shaped optical liquid level sensor 11, the liquid level can be detected by the presence or absence of light reflection on the reflection surface 13, and in particular, those coated with a fluororesin such as PFA have relatively high chemical resistance. Therefore, the liquid level can be detected for a certain type of chemical solution.
[0007]
[Patent Document 1]
JP-A-9-43029
[Problems to be solved by the invention]
However, even with a rod-shaped optical liquid level sensor using a fluororesin as the jacket 12, if the chemical liquid used in the semiconductor cleaning process or the like is continuously used for several months, the chemical liquid is allowed to permeate over time, There is a problem that an operation failure occurs.
Further, when used for an effervescent chemical solution, there is also a problem that air bubbles adhere to a reflection portion of the detection light, that is, a tip portion of the sensor main body, thereby causing a malfunction. Although a rod-shaped optical liquid level detection sensor in which the light projecting and reflecting surfaces are devised has been proposed, the fundamental problem with respect to such adhesion of air bubbles has not been solved.
[0009]
The present invention has been made in order to solve the above-described problem, and does not receive chemical solution used in a semiconductor cleaning process or the like over time, so that the chemical solution is not contaminated and malfunction does not occur. It is an object of the present invention to provide a liquid level detection sensor and a liquid level detection method capable of accurately and stably detecting a liquid level.
[0010]
[Means for Solving the Problems]
To achieve the above object, according to the present invention, there is provided a sensor for detecting a liquid level, at least a glass tube having a closed end, and a rod-shaped optical liquid level sensor housed in the glass tube. A liquid level detection sensor is provided, comprising a main body, and a medium liquid filled between the glass tube and the sensor main body (claim 1).
[0011]
With such a liquid level detection sensor, the light emitted from the sensor body and transmitted through the medium liquid has a large difference in refractive index when the tip of the glass tube is in the air, so that the light at the tip of the glass tube is large. It is reflected but almost penetrates the tube wall in the drug solution. Therefore, the liquid level can be detected based on whether or not light passes through the tube wall at the tip of the glass tube. On the other hand, the glass tube containing the sensor body and the medium liquid is unlikely to be eroded by a chemical solution such as ammonia water, hydrogen peroxide solution, hydrochloric acid, sulfuric acid used in a semiconductor cleaning process or the like, so that the chemical solution is prevented from permeating over time. be able to. Further, since the glass tube has much better wettability than a fluororesin such as PFA, air bubbles hardly adhere to the glass tube, and malfunction can be effectively prevented. Therefore, if this liquid level detection sensor is used, the liquid level can be accurately and stably detected over a long period of time even for a highly corrosive chemical solution, and the chemical solution is not contaminated.
[0012]
The glass tube is preferably made of one of transparent quartz glass, borosilicate glass, and high silicate glass (Claim 2).
These types of glass tubes have high resistance to chemicals and a high refractive index, so that the light emitted from the sensor body can accurately detect the liquid surface by the presence or absence of contact with the chemical. .
[0013]
The medium liquid is preferably pure water (claim 3).
Pure water does not penetrate into the sensor body, is inexpensive and easily obtainable, and transmits light with little loss, so that the liquid level can be detected with high sensitivity be able to.
[0014]
Further, it is preferable that the tip of the glass tube has a flat shape.
If the tip of the glass tube is flat as described above, the light emitted from the sensor body is reflected without being diffused by the flat tube wall when the tip is in the air. Easy and stable detection can be performed.
[0015]
The difference between the outer diameter of the sensor main body and the inner diameter of the glass tube is preferably within 2 mm (claim 5), and the distance from the front end of the sensor main body to the front end of the glass tube. Is preferably in the range of 10 to 50 mm (claim 6).
If the glass tube and the sensor main body are configured to have the above-described relationship, the sensor main body is stabilized in the glass tube, detection can be performed more accurately, and data does not vary. In addition, since the entire sensor is compact, handling becomes easy.
[0016]
Further, the present invention also provides a method for detecting a liquid surface of a chemical solution. That is, a rod-shaped optical liquid level sensor main body, and a medium liquid filled between the glass tube and the sensor main body are housed in a glass tube having a closed front end to form a liquid level detection sensor. A liquid level detection method is provided, wherein the liquid level of the chemical solution is detected based on whether or not the emitted light passes through the tube wall at the tip of the glass tube (claim 7).
[0017]
According to such a method, the light emitted from the sensor main body and transmitted through the medium liquid is reflected by the tube wall at the distal end because the refractive index difference is large when the distal end of the glass tube is in the air. However, since the liquid is almost transmitted through the tube wall in the chemical solution, the liquid level can be detected based on whether or not the liquid passes through the tube wall at the tip of the glass tube. On the other hand, the glass tube is exposed to the chemical solution, but is not eroded by a relatively strong alkaline or acidic chemical solution used in, for example, a semiconductor cleaning process, and the chemical solution penetrates into the glass tube. In addition, since the glass tube has good wettability and hardly adheres air bubbles, the liquid surfaces of various chemicals can be accurately detected without causing malfunction.
[0018]
In this case, it is preferable that the glass tube be made of any one of transparent quartz glass, borosilicate glass, and high silicate glass (Claim 8). It is preferable to use the same chemical as the chemical to be detected (claim 9).
[0019]
When a glass tube of the above type is used, it exhibits extremely high resistance to various chemical solutions, has high transparency, and has a large refractive index, so that the liquid level can be detected accurately. Further, if pure water is used as the medium liquid, it does not affect the sensor body at all, is inexpensive, and has high permeability, so that it can be used for liquid level detection of various chemicals. On the other hand, when performing liquid level detection of a chemical solution that reacts violently with water, if the same chemical solution is used for the liquid surface detection, the glass tube may be damaged and the medium liquid may leak. Accidents can be reliably prevented. In this case, the problem that the chemical liquid permeates the sensor main body may occur.However, the use of the glass tube has an advantage that the problem of air bubbles can be eliminated, and even if the chemical liquid filled in the glass tube permeates the main body, Because there is a glass tube, there is no contamination of the chemical solution outside the glass tube.
[0020]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, embodiments of the present invention will be specifically described.
FIG. 1A shows an example of the liquid level detection sensor according to the present invention, and FIG. 1B is an enlarged view of a tip portion thereof. In this liquid level detection sensor 1, a rod-shaped optical liquid level detection sensor main body 3 is housed in a glass tube 2 made of transparent quartz glass whose tip is closed. Is filled with pure water as the medium liquid 4. The quartz glass tube 2 and the sensor body 3 are connected to the joint 5 so that the sensor body 3 is fixed in the glass tube 2.
[0021]
First, for the sensor body 3, for example, the rod-shaped optical liquid level sensor 11 covered with the PFA 12 shown in FIG. 2 can be used. The principle of detecting the liquid level by the rod-shaped optical liquid level sensor 11 itself is substantially as shown in FIG. The light emitted from the light emitting optical fiber reaches the reflecting surface 13 at the tip. At this time, if the tip of the sensor body 3 is in the air without touching the liquid as shown in FIG. 3A, the material of the tip (refractive index of PFA: 1.36) and the air ( Since the refractive index difference from the refractive index: 1) is large, the light is reflected by the reflecting surface 13, is further reflected by the opposing reflecting surface 13, and returns toward the inside of the sensor body 3.
[0022]
On the other hand, when the tip is in contact with a liquid, for example, pure water, as shown in FIG. 3B, the reflectance of pure water is relatively large at 1.33, and the refraction of the material of the tip is refracted. Since the rate difference becomes small, most of the light reaching the reflection surface 13 is transmitted to the pure water side.
That is, the amount of light reflected by the reflecting surface 13 greatly changes depending on whether or not the tip is in contact with the liquid, so that the reflected light is received by a light-receiving optical fiber, which is converted into an electric signal and converted into an electric signal. If the change is measured, the liquid level can be detected.
[0023]
As described above, conventionally, such a rod-shaped optical liquid level detection sensor 11 is used as it is to detect the liquid level of various chemical solutions as it is. For example, when performing so-called RCA cleaning on a silicon wafer, the surface of the liquid is detected. If the liquid level is detected with respect to a chemical solution such as a cleaning solution (SC-1 solution) composed of ammonia, hydrogen peroxide, and water, which is used for removing organic dirt and particles, malfunction and operation may occur. Failure may occur. That is, as described above, the PFA used as the jacket 12 has low wettability, and bubbles easily adhere to the surface of the sensor in the foaming liquid. Air bubbles may adhere to the device and cause a malfunction. In addition, PFA allows a chemical solution to penetrate for a period of several months, and may cause malfunction.
[0024]
Therefore, in the present invention, as shown in FIG. 1, a rod-shaped optical liquid level sensor main body 3 and a medium liquid 4 filled between the glass tube 2 and the sensor main body 3 are placed in a glass tube having a closed end. To prevent liquid permeation of a highly corrosive chemical solution over time and prevent bubbles from the cleaning liquid from adhering. Then, the light emitted from the sensor main body 3 passes through the medium liquid and then passes through the tube wall at the tip of the glass tube, that is, by measuring the amount of reflected light received, the liquid level is changed. It is possible to detect accurately and stably.
[0025]
The principle of detecting the liquid level by the liquid level detection sensor 1 will be described in detail.
Since the tip of the sensor body 3 is always in the pure water 4, the light emitted from the inside of the sensor body 3 passes through the filled pure water 4 without being reflected by the PFA jacket 12. The light transmitted through the pure water 4 reaches the tube wall 6 at the tip of the quartz glass tube 2, but when there is no liquid outside the quartz glass tube 2, that is, when the tip of the quartz glass tube 2 is in the air. Since the difference in the refractive index is large, the light is reflected on the wall surface of the quartz glass tube (refractive index: 1.46) 2, and the reflected light passes through the pure water 4, returns to the inside of the sensor body 3, and is received (FIG. 1 (B)).
On the other hand, when the liquid exists outside the quartz glass tube 2, that is, when the tip of the quartz glass tube 2 is in the liquid, the difference in the refractive index is small, so that the pure water 4 passes through and the tip of the quartz glass tube 2 passes. Is transmitted through the liquid without being reflected by the tube wall 6.
[0026]
That is, since the amount of light reflected by the tube wall 6 differs depending on whether or not the tip of the quartz glass tube 2 is in the liquid, the reflected light is received by the optical fiber for light reception of the sensor body 3. By converting the signal into an electric signal and measuring the change through an amplifier or a control device, the liquid level can be detected in the same manner as when the liquid level is detected only by the sensor body 3.
[0027]
The quartz glass tube 2 serving as a protective tube for the sensor body 3 has excellent properties such as high chemical resistance, low expansion coefficient, high transparency, and high heat resistance. Its use is widely accepted as a device material included in a chemical solution containing aqueous hydrogen peroxide, hydrochloric acid, sulfuric acid, and the like. Further, quartz glass has much better wettability than PFA, and has the property that bubbles are less likely to adhere than PFA or the like.
Therefore, by using such a liquid level detection sensor 1, it is possible to prevent the chemical liquid from penetrating into the glass tube 2 with respect to various chemical liquids except for a part of the chemical liquid such as hydrofluoric acid, and to prevent malfunction. The liquid surfaces of various chemicals can be detected accurately and stably without causing any contamination and without causing contamination.
[0028]
The shape and size of the glass tube 2 may be appropriately set in consideration of the shape and size of the sensor main body 3, but the shape of the closed end is preferably flat rather than round, for example. Stable liquid level detection can be performed. That is, if the tip is flat, light emitted from the sensor body 3 and transmitted through the medium liquid 4 can be reflected in the direction of the sensor body 3 without being diffused when in air. Stable detection can be performed.
[0029]
The positional relationship between the glass tube 2 and the sensor body 3 may be appropriately set. However, if the inner diameter of the glass tube 2 is too large, the cost increases, and the joint 5 connects the glass tube 2 and the sensor body 3. It is easy to make connection difficult and to make centering difficult. In addition, there is a possibility that the entire sensor 1 becomes large, the handling becomes poor, and accurate detection cannot be performed. Therefore, the difference between the inner diameter of the quartz glass tube 2 and the outer diameter of the sensor body 3 is preferably within 2 mm. For example, when the outer diameter of the sensor body 3 is 6 mm, the inner diameter of the quartz glass tube 2 is 7 mm. By doing so, the liquid level can be accurately detected.
[0030]
Further, regarding the distance L from the tip of the sensor to the tip of the quartz glass tube 2, if the distance is too close, the data may vary, and the closer the distance, the better. On the other hand, if the distance is too far, light reflected on the tube wall of the quartz glass tube 2 may not be received and malfunction may occur. Therefore, an appropriate value of the distance L from the tip of the sensor main body 3 to the tip of the quartz glass tube 2 is 10 to 50 mm, especially about 30 mm.
[0031]
As the glass tube 2 containing the sensor body 3 and the medium liquid 4, the above-described quartz glass tube is optimal, but since quartz glass is relatively expensive, another quartz glass having properties similar to quartz glass is used. Different types of glass tubes may be used. For example, a glass tube made of borosilicate glass or high silicate glass can be suitably used.
[0032]
Borosilicate glass is mainly made of SiO 2 and B 2 O 3 , and is made containing a small amount of Na 2 O, Al 2 O 3 and the like. As a typical example, Pyrex (Pyrex: trade name) glass is used. Are known. This glass is relatively inexpensive, has high chemical resistance and heat resistance, has a low coefficient of thermal expansion, and has a refractive index (1.474) close to that of quartz glass (refractive index: 1.459). Can be suitably used as the glass tube according to the above.
[0033]
Also, high silicate glass, the SiO 2 as the main component, is made to contain small amounts of other B 2 0 3, etc., chemical resistance, has excellent heat resistance and the like. Vycor (Vycor) glass is known as a typical example of such high silicate glass, and its refractive index is 1.458, which is very close to that of quartz glass. Therefore, high silicate glass can also be suitably used as the glass tube according to the present invention.
[0034]
Further, the medium liquid 4 is not limited to pure water, does not permeate the sensor body 3 and the glass tube 2 with time, and has a high transmittance (transparency) with respect to light emitted from the sensor body 3. ) Can be used. Normally, pure water which is inexpensive and shows high transmittance is suitable. However, for example, the quartz glass tube 2 may be damaged during use. An accident can be prevented by using the same chemical liquid as 4.
[0035]
The liquid level detection sensor 1 configured as described above is installed in a tank or the like containing a chemical solution, and by measuring whether or not light emitted from the sensor body 3 passes through the tube wall at the tip of the glass tube, The liquid surface of the chemical solution can be detected accurately and stably. In addition, since the light projecting unit and the light receiving unit inside the sensor body 3 and the control device for measuring the electric signal based on the reflected light can be used as it is to detect the liquid level, the cost can be reduced. There is also an advantage that it can be kept low.
[0036]
Note that the present invention is not limited to the above embodiment. The above embodiment is merely an example, and any embodiment having substantially the same configuration as the technical idea described in the claims of the present invention and having the same function and effect will be described. It is included in the technical scope of the invention.
[0037]
For example, the sensor main body can be used without particular limitation as long as it is a rod-shaped optical liquid level sensor, and the jacket is not particularly limited to a fluororesin such as PFA.
Further, the liquid to be detected is not limited, and can be suitably used in fields other than the semiconductor or liquid crystal manufacturing process.
[0038]
【The invention's effect】
In the present invention, a rod-shaped optical liquid level sensor main body is housed in a glass tube whose tip is closed, and a liquid level detection sensor is configured by filling a medium liquid between the glass tube and the sensor main body, The light emitted from the sensor body and transmitted through the medium liquid is reflected by the tube wall at the tip when the tip of the glass tube is in the air. Can be easily and accurately detected. On the other hand, the glass tube containing the sensor body and the medium liquid is exposed to the chemical liquid, but is not eroded by the chemical liquid such as ammonia water, hydrogen peroxide water, hydrochloric acid, sulfuric acid used in a semiconductor cleaning process or the like. Therefore, it is possible to prevent these chemical solutions from permeating over time. Therefore, the life of the sensor is prolonged, the cost is reduced, and the chemical solution is not contaminated. In addition, since the glass tube has good wettability, air bubbles hardly adhere to the tip portion, and malfunction can be effectively prevented.
Therefore, by using such a liquid level detection sensor, it is possible to detect the liquid level accurately and stably without contaminating various chemical solutions over a long period of time.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a schematic sectional view showing an example of a liquid level detection sensor according to the present invention.
FIG. 2 is a schematic view showing an example of a rod-shaped optical liquid level detection sensor body used in the present invention.
FIG. 3 is an explanatory view showing a principle of detecting a liquid level by a rod-shaped optical liquid level detection sensor.
(A) When the tip is in the air (B) When the tip is in the liquid [Explanation of symbols]
1: Liquid level detection sensor 2: Glass tube (transparent quartz glass tube)
3 ... rod-shaped optical liquid level detection sensor body 4 ... medium liquid (pure water) 5 ... joint
6: reflection surface (tube wall), 11: rod-shaped optical liquid level detection sensor,
12: jacket (PFA), 13: reflection surface, 14: fiber unit.
